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Autor(es)

Cauã Antunes Westmann

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Ribeirão Preto.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto (PCARP/BC)
• Data de defesa: 2018-08-27

Membros da banca

Rafael Silva Rocha; Tiana Kohlsdorf; Katlin Brauer Massirer; Helder Takashi Imoto Nakaya

• Orientador: Rafael Silva Rocha

Resumo

A vida é um fenômeno intrinsicamente complexo e, para melhor compreender seus princípios fundamentais, devemos ser capazes de investigar todas as camadas organizacionais que a compõem (desde as -ômicas até as populacionais e ecológicas). O estudo de como a informação molecular extra e intracelular flui através dessas camadas bem como estas se interconectam na geração de respostas fenotípicas são essenciais para uma compreensão mais profunda e para (re)engenharia de sistemas biológicos. Além disso, a combinação de diferentes abordagens (in vivo e in silico) para dissecção destas redes complexas nos permite alcançar uma visão mais holística e preditiva destes sistemas. Nesse contexto, a presente dissertação foca na exploração da camada regulatória transcricional em bactérias, um dos sistemas mais basais na regulação gênica e na integração de estímulos ambientais. Ao combinar uma gama de abordagens diferentes, porém complementares, tais como Biologia Sintética, Biologia de Sistemas Evolutiva e Metagenômica, nós observamos sistema através de diferentes perspectivas para uma compreensão mais geral de seus fundamentos. Adotamos a abordagem da Biologia Sintética para explorar como a arquitetura combinatória de promotores complexos pode originar diferentes lógicas transcricionais e fenômenos emergentes, combinando sítios específicos de ligação de fatores de transcrição (TFBSs) - para os fatores de transcrição (TFs) globais de E. coli Fis e IHF. Nossos resultados mostraram que não apenas fenômenos emergentes podem ser observados em promotores sintéticos, mas também respostas específicas que se assemelham à dinâmica de cada um dos componentes. Em seguida, nos concentramos na aplicação Biologia de Sistemas Evolutiva para compreender como a inovação evolutiva poderia surgir em elementos cis-regulatórios e quais seriam os principais processos que restringem a diversidade destes. Nossos resultados computacionais baseados em conjuntos de dados de TFBSs para três reguladores globais em E. coli - CRP, Fis e IHF - apontaram que o crosstalk transcricional (o compartilhamento de TFBSs por diferentes TFs) é não somente muito comum nesses sistemas, mas também um elemento chave em relação à evolução de lógica regulatória e restrição da diversidade de TFBS em bactérias. Por fim, adotamos uma abordagem Metagenômica para expandir nossa compreensão dos elementos cis-regulatórios além de E. coli, avaliando e caracterizando a diversidade de promotores constitutivos em amostras ambientais. Esses resultados forneceram dados qualitativos e quantitativos sobre o espaço de sequências naturais de promotores constitutivos em bibliotecas metagenômicas. No capítulo final desta dissertação, investigamos redes metabólicas bacterianas, a camada mais basal de organização molecular em sistemas vivos, que se encontra profundamente entrelaçada com redes transcricionais. Assim, desenvolvemos uma nova série de algoritmos para geração automática de modelos metabólicos estequiométricos a partir de dados (meta)genômicos, que podem, no futuro, ser prontamente integrados com dados transcricionais para a geração de modelos in silico de células únicas. Em resumo, o trabalho atual forneceu novas informações sobre muitos aspectos dos sistemas de transcrição em bactérias que, dada uma base teórica adequada, podem ser extrapoladas para sistemas mais complexos, como eucarióticos. Acreditamos, assim, que essa abordagem multi-escala é fundamental tanto para compreensão dos princípios gerais que permeiam o processamento de informações em sistemas vivos quanto para (re)estruturá-los em aplicações biotecnológicas. (AU)

• Processo FAPESP: 16/05472-6 - Engenharia e prospecção de novos elementos regulatórios em bactéria através de abordagens de biologia sintética
• Beneficiário: Cauã Antunes Westmann
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado